Microsoft Word - ijerph-662857.docx     Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139; doi:10.3390/ijerph16245139  www.mdpi.com/journal/ijerph  Article  Reliability of a Virtual Prosthodontic Project Realized  through a 2D and 3D Photographic Acquisition:    An Experimental Study on the Accuracy of Different  Digital Systems  Luca Lavorgna 1, Gabriele Cervino 2, Luca Fiorillo 2,*, Giovanni Di Leo 1, Giuseppe Troiano 3,  Marco Ortensi 3, Luigi Galantucci 4 and Marco Cicciù 2,*  1  Private practice, 82037 Telese Terme, Italy; info@odontosinergy.it (L.L.);    giovannidileo@outlook.com (G.D.L.)  2  Department of Biomedical and Dental Sciences, Morphological and Functional Images,    University of Messina, 98100 Messina, Italy; gcervino@unime.it    3  Department of Prosthodontics, University of Foggia, 71100 Foggia, Italy; giuseppe.troiano@unifg.it (G.T.);  marco.ortensi90@gmail.com (M.O.)  4  Department of Mechanics and Mathematics Management, University of Bari, 70100 Bari, Italy  luigimaria.galantucci@poliba.it  *  Correspondence: lfiorillo@unime.it (L.F.); mcicciu@unime.it or acromarco@yahoo.it (M.C.)  Received: 22 November 2019; Accepted: 13 December 2019; Published: 16 December 2019  Abstract: Aims: The study aims to assess the accuracy of digital planning in dentistry, evaluating  the characteristics of different intraoral 3D scanners and comparing it with traditional imaging 2D  recording  methods.  Specifically,  using  computer  aided  design  (CAD)  software  and  measuring  inside  CAD  software,  authors  want  to  verify  the  reliability  of  different  models  obtained  with  different  techniques  and  machines.  Methods:  12  patients  that  needed  aesthetic  restorative  treatment were enrolled in the study. All the patients underwent recording data of the height and  width dental elements 1.1, 1.2, and 1.3 size using different technologies and comparing 2D with 3D  methods. A T test was then applied in order to verify whether there was a statistically significant  difference  between  the  measurements  obtained,  comparing  the  different  tools  data  (Emerald,  TRIOS, Photogrammetry and DSS (Digital Smile System)) with the reference values. Results: No  significant  differences  emerged  in  the  measurements  made  with  the  different  scanners  (Trios  3Shape ®, Planmeca Emerald ®) and photogrammetry. Therefore, what  should  be  underlined  regarding the 2D measurements is the speed and simplicity compared to all 3D techniques, so this  work can help to better define the field of application and the limits connected to 2D techniques,  giving a good window of the technique. Conclusions: The low number of patients is not sufficient  to provide statistically significant results, but  the digital planning  future prospects seem  to be  promising. This study results highlighted how a photogrammetric scanner for dental arches would  only have a much smaller shooting field size and greater accuracy. Despite these considerations,  the photogrammetric facial scanner provided excellent results for the measurement of individual  teeth, showing a great versatility of use.  Keywords: dentistry; digital planning; intraoral scanner; digital workflow; prosthodontic; virtual    1. Introduction  The  introduction  of  new  restorative  materials  in  dentistry,  the  current  knowledge  on  the  enamel‐dentin adhesion method, and the use of the computer as an aid for the aesthetic analysis of  the smile are the basis of a change in the dental daily practice. The new clinical approach is not very  invasive and  is  therefore able  to replace  the “real” patient with a “virtual” one. The goal  is  to  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  2  of 15  enhance the image of the patient, maintaining the health and respecting aesthetics with a balance  between teeth and soft tissues [1,2].  The digital revolution opens the way to the virtual patient representing all the patient’s tissues  (bone, teeth, gums, face) in a single 3D model. In this way, it is possible to perform preoperative  planning and to evaluate surgical, prosthetic and orthodontic treatments. At the same time,  it  is  possible to physically realize the necessary tools for clinical use in the various branches of dentistry  [3].  The analogical workflow  in esthetic dental rehabilitation  includes various phases:  from  the  impression taken through the use of different plastic materials to the development of the plaster  model for the realization of the diagnostic wax‐up and for the construction of the mock‐up. The  patient test and evaluation of the mock‐up is fundamental to increase the patient’s understanding of  the expected post treatment result. The level of patient satisfaction is related to the consistency of the  final product with the mock‐up. The accuracy of the mock‐up depends in turn on the accuracy of the  patient’s stomatognathic apparatus morpho‐functional characteristics detection [2,4,5].  A great deal of errors occurs in the different phases of a traditional prosthetic workflow, since  this process requires the transfer of two‐dimensional and three‐dimensional data between different  operators. The use of pre‐visualization and 3D rendering software is guiding clinicians towards a  paradigm shift, respecting the standard of traditional care with a reduction of the operatorʹs error as  a priority [4–6].  Commonly, the conventional dental impression registration is a simple procedure. However, it  is  not  always  easy  for  the  patients.  Several  authors  documented  how  the  dental  impression  is  recorded as an uncomfortable phase for the patients. It is a high risk that the patient may have a poor  inclination to an attitude of compliance towards the dental team. The subjects involved in dental  treatment  therefore  favored comfortable clinical procedures, as well as other  factors such as  the  precision of the procedures, the effectiveness of diagnostic devices, and the clinical experience of the  dental team, which were all important elements for the final success [5–9].  Although intra oral scanners IOSs can be considered useful tools for capturing impressions in  partially  edentulous  patients,  the  scientific  literature  does  not  seem  to  support  their  use  in  completely edentulous patients. Hence, there is a need to replace conventional clinical procedures  requiring physical contact with the patient with others that reduce the patient’s direct involvement  and  treatment  times—without  affecting  the  precision  and  aesthetic  performance  of  the  final  prosthesis. Technological evolution  is proceeding fast, and the manufacturing companies release  new hardware and software monthly to improve the accuracy of their IOS.  Furthermore, it should be emphasized that there are statistically significant differences in the  accuracy of different IOSs, especially in the totally edentulous patients scanning [9–11]. By using  these tools, a complex of digital data can be obtained and it is possible to have a “virtual patient”.  The outcome of the procedure is to replace the real patient in a completely digital workflow aimed at  the manufacture of dental prostheses that adapt to the patient’s arches in the most appropriate way.  In order to realize this project, the dimensional discrepancies between the real patient and the 2D  and 3D virtual project should be checked. A further check regards  the comparison between  the  reliability of the 2D project and that of the 3D project.  The present study therefore aims to verify the reliability of the virtual planning of aesthetic  cases,  carried  out  starting  from  photographic  acquisitions  of  the  patient’s  face  using  different  technologies able  to return on  the one hand  traditional,  two‐dimensional  images, and  from  the  innovative, three‐dimensional representations.  2. Materials and Methods  2.1. Patient Selection  Twelve  patients  spontaneously  following  our  observation  and  requesting  a  restorative  treatment to improve the aesthetic aspect of the dental elements of the II sextant were involved in  this study.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  3  of 15  All the patients were previously informed of their participation in this study and agreed to sign  informed  consent.  The  dental  restorative  procedures  have  been  performed  accordingly  to  the  standards set by the World Medical Association (WMA) with the Helsinki Declaration on Human  Experimentation.  The sample of patients included six women and six men between 25 and 35 years. The dental  elements  involved  in  the  treatment  have  serious  aesthetic  defects  accordingly  to  the  standard  proportion reported in the international literature [5–10].  The following inclusion and exclusion criteria have been used during recruiting.  Inclusion criteria:   Patients requesting restorative treatments.  Exclusion criteria:   Patients with systemic pathologies;   Patients with oral pathologies, periodontal or articular disease.  2.2. Clinical and Laboratory (CAD) Procedures    A silicone impression of the upper dental arch was detected for each patient. The impression  material used was the Express 2 PENTA (3M Espe) polyvinyl siloxane (Pioltello MI, Italy), in the  double heavy and light body viscosity, delivered through Pentamix 3 automatic mixer (3M Espe,  Pioltello MI, Italy).  From each impression, a physical model was subsequently obtained using Fujirock EP type IV  dental stone (GC Europe NV, Tokyo, Japan), mixed under vacuum using a Venturi Tornado effect  mixer  (Silfradent,  Forlì‐Cesena,  Italy)  and  inserted  into  the  impression  with  a  specific  gypsum  vibrator (Renfert, Hilzingen, Germany).  Stone  models  were  scanned  inside  a  3Shape  D1000  laboratory  scanner  (3shape  A/S,  Copenhagen, Denmark) obtaining an STL (Standard Triangulation Language) file for each of them.  These values are taken as reference parameters for subsequent measurements (sample group).  Furthermore,  two  optical  impressions  were  acquired  for  each  patient;  one  by  using  the  Planmeca Emerald ™ intraoral scanner, (Planmeca OY, Helsinki, Finland) and the other with the  TRIOS®  3 scanner  (3shape A/S, Copenhagen, Denmark).  PLY and  DCM  files  were respectively  obtained and then converted into STL so that they could be processed and analyzed. These values  were collected in the group 1 (Planmeca) and group 2 (3Shape).  At the same time the patients were subjected to digital smile system (DSS) acquisition to the  official photographic protocol. The photographic exam was conducted with a Canon 5d mark III full  frame reflex equipped with Canon EF 100mm f/2.8L Macro IS USM optics (Canon, Tokyo, Japan)  and supported by a tripod (Manfrotto, Vicenza, Italy) placed at a distance of 1.50 m from the face of  the patients. The photograph depicts the patient with the aid of labial retractors in order to expose  the greatest number of dental elements, which is useful for a correct measurement. The produced  files were recorded in a JPEG format. The resulting values were collected in the group 3.  The patients were then subjected to the acquisition of the face by applying the photogrammetric  technique.  The  patients  used  a  target  placed  on  the  chest—called  a  collar—and  the  calibration  glasses of the DSS system. The device used for the photogrammetry of the face is the FaceShape  Maxi 6 (Polishape 3D, Bari, Italy), in the Maxi Line version composed of six Canon D2000 reflex  cameras equipped with Canon 50 mm f/1.8 STM lenses (Canon, Tokyo, Japan). The file resulting  from the photographic processing of the Photoscan Professional Edition software (Agisoft LLC., St.  Petersburg, Russia) supplied with the device is in an OBJ format.  2.3. Outcome    The  various  format  files  were  then  transferred  to  the  Exocad  DentalCAD  software  Matera  (Exocad GmbH, Darmstadt, Germany) and the measurements of the dental elements 1.1, 1.2, and 1.3  were performed. Specifically, two linear distances were measured for each of these dental elements:   one in the apico‐coronal sense, from the most apical point of the gingival parabola, i.e., the  gingival zenith up to the incisal edge;  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  4  of 15   the other in the mesio‐distal direction, at the level of the equator of the dental elements,  from the most mesial to the most distal point; i.e., the maximum mesio‐distal diameter level.  Precisely, the files imported into the exocad software in order to perform these measurements  for each patient are the following:   3D model obtained from the scanning in the laboratory of the stone model of the upper  arch (figure MODEL IN PLASTER) (Figure A1);   3D model of the upper arch created using the Planmeca Emerald intraoral scanner (figure  MODEL EMERALD) (Figure A2);   3D model of the upper arch acquired with the 3Shape TRIOS intraoral scanner (3shape,  Copenhagen, Denmark) (TRIOS MODEL) (Figure A3);   3D  model  of  the  face  detected  with  the  photogrammetric  technique  (PHOTOGRAMMETRIC EXAMINATION) (Figure A4);   digital photography of the face according to the Digital Smile System (DSS) photographic  protocol (EXAM DSS) (Figure A5).    2.4. Variables and Measurements    The obtained values from the measurements performed on the 3D virtual models created by the  scanning of the plaster models have been taken as reference values.    Starting from the performed measurements:   to  assess  the  accuracy  of  each  of  the  intraoral  scanners  used  (Planmeca  Emerald  and  3Shape TRIOS) compared to the scan of the plaster model, taken as a reference virtual object;   to assess which of the two intraoral scanners is accurate; i.e., closer to the reference values;   to  verify  the  accuracy  of  the  3D  model  of  the  face,  obtained  with  photogrammetric  technique and acquired with the cheeks apart, compared to the scan of the plaster model;   to verify the accuracy of the 2D face photograph, obtained according to the DSS protocol  with the cheeks apart, compared to the scan of the plaster model;   to  assess  which  of  the  photogrammetry  and  the  DSS  protocol  is  the  most  precise  method—that is, closer to the reference values.  2.5. Statistical Evaluation  The statistical analysis was performed using statistical software (Prism 8.0; GraphPad Software,  Inc., La Jolla, CA, USA).  The measurements made on the 3D plaster models virtual images have been taken as reference  and comparison parameter. The mean and the standard deviation (DS) of the height and width sizes  of the analyzed dental elements were then calculated. A T‐test was used for comparing the averages  calculated by pairs (for example, comparing the reference height parameter for 1.1 with the height  value calculated on the TRIOS scans again for 1.1, or comparing the reference width of 1.2 with the  width  measured  for  the same element on  the photogrammetric  acquisitions of  the  face)  with a  significance level of 0.05 (p < 0.05): this method is useful in order to assess whether there was a  statistically  significant  difference  between  the  data  obtained,  comparing  the  different  methods  (Emerald, TRIOS, Photogrammetry and DSS) with the reference values.  Once  the average of  the measurements for  the sample groups was calculated,  it was asked  whether the difference between the means of the group was statistically significant, i.e., whether it  could be said that the observed difference was not due to chance, but referred to a real difference  between the group averages. For this purpose, the most effective statistical analysis  is the T‐test  (Figures 1 and 2).  The 5% significance level is frequently adopted, as it is considered that the 1/20 ratio (i.e., 0.05)  is small enough to conclude that it is “unlikely” that the observed difference is due to the simple  case.  In  fact,  the difference could be due  to chance, but  it will be once  in 20—an event  that  is  therefore highly unlikely.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  5  of 15  Therefore,  if  the zero hypothesis  is rejected at  the 5% significance  level,  then  there  is a 5%  probability  of  rejecting  a  zero  hypothesis;  if  the  zero  hypothesis  is  rejected  at  the  1%  level  of  significance, then a 1% probability of rejecting a zero hypothesis.    Figure 1. A T‐test was then used for comparing the averages calculated by pairs. Differences in the  distribution of height values between the different acquisition methods, each of which corresponds  to a distinct sample group, with respect  to  the reference volumes corresponding  to zero on  the  ordinate axis. Groups on x axis and height differences are on the y axis.      Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  6  of 15  Figure 2. A T‐test was then used for comparing the averages calculated by pairs. Differences in the  distribution  of  mesio‐distal  width  values  between  the  different  acquisition  methods,  each  corresponding to a distinct sample group, with respect to the reference volumes corresponding to  zero on the ordinate axis. Groups on x axis and width differences are on the y axis.    3. Results  3.1. Experimental Study Results  Tables 1–3 show the values of the measurements performed with the exocad software for each  patient. Values are expressed in millimeters. Each patient has an alphanumeric code shown in the  first line at the top and composed of the letters PZ (Paziente abbreviation from Italian Patient) and a  progressive numbering from 1 to 12.  The letters H and L are located below the alphanumeric code of each patient and mean height  and width, respectively. Height means the linear distance measured in apico‐coronal direction from  the most apical point of the gingival parabola, i.e., the gingival zenith up to the incisal edge. Width is  defined as the linear distance measured in the mesio‐distal direction at the level of the equator of the  dental elements, i.e. the maximum mesio‐distal diameter level.  In  the  lines  headed  as  “1.1  scanner”,  “1.2  scanner”  and  “1.3  scanner”  the  values  of  the  measurements performed on the 3D virtual models of the plaster models are shown. This dental  numbering system is the one established by the World Health Organization (WHO). While for the  scanner, it refers to the laboratory scanner used to create the virtual 3D model of the plaster models.  In the header lines with the labels “Emerald” and “TRIOS” are contained the measurements  calculated on the 3D models of the maxillary arches, acquired through the homonymous intraoral  scanners.  In  the  header  lines  with  the  labels  “Photogrammetry”  and  “DSS”  are  reported  the  measurements taken, respectively, on the 3D models of the face and on the digital photographs of  the patient’s face.  Due to the two‐dimensional nature of digital photography it was not possible to measure the  mesio‐distal distance for the element 1.3, which is strongly distorted. From the comparison between  the two intraoral scanners, (by evaluating the data reported in the Table 4), it emerges that their  accuracy is rather overlapping, with a slight superiority in the proximity to the reference values of  Planmeca Emerald compared to 3Shape TRIOS. Different measures have been obtained between  different scanners and photogrammetry. In Patient 01 (PZ01 on Table 1) 1.1 tooth Exocad Height and  Weight  measurements  have  been  performed;  the  same  tooth  showed  a  height  of  6.95  mm  on  Planmeca  Emerald  Scanner,  6.67  mm  on  3Shape  TRIOS  Scanner,  and  6.47  mm  on  a  2D  Photgrammetry. Digital Smile System protocols instead provided a 6.42 mm height. This difference  could have repercussions on a definitive rehabilitation where the tolerance margins should be less  than one millimeter. Despite of this data, as showed in the statistical analysis subsection, differences  are not significant.  Table 1. Exocad measurements (H=height; W=Width).  Intraoral Scanners  PZ01  PZ02  PZ03  PZ04  Dental Size  H  W  H  W  H  W  H  W  1.1 Scanner  6.98  6.09  9.48  8.23  8.81  8.11  8.30  8.08  1.2 Scanner  5.94  3.61  7.38  6.49  7.62  6.05  6.85  6.15  1.3 Scanner  9.20  7.60  9.56  7.35  9.07  7.48  7.85  7.88  1.1 Emerald  6.95  6.02  9.43  8.21  9.01  8.15  8.25  8.10  1.2 Emerald  5.92  3.75  6.52  6.50  7.23  6.14  6.74  6.53  1.3 Emerald  9.21  7.53  9.10  7.16  8.95  7.61  7.69  7.96  1.1 Trios  6.67  5.70  9.40  8.13  8.81  8.18  8.44  8.19  1.2 Trios  5.90  3.47  7.09  6.42  7.11  6.02  6.73  6.34  1.3 Trios  9.20  7.62  9.10  7.10  8.88  7.85  7.80  7.97  1.1 Photogrammetry  6.47  5.34  9.66  8.24  8.97  8.01  8.39  8.28  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  7  of 15  1.2 Photogrammetry  6.01  3.48  7.14  6.46  7.47  6.27  6.75  6.78  1.3 Photogrammetry  9.23  7.44  9.18  7.55  9.10  7.83  7.69  7.84  1.1 DSS  6.42  5.40  9.45  8.11  8.56  7.54  8.30  8.45  1.2 DSS  5.96  3.33  7.17  5.48  6.90  5.23  6.59  5.72  1.3 DSS  8.69    9.32    8.60    7.39    Table 2. Exocad measurements (H=height; W=Width)..  Intraoral Scanners    PZ05  PZ06  PZ07  PZ08  Dental Size  H  W  H  W  H  W  H  W  1.1 Scanner  8.61  8.57  10.75  10.04  13.71  7.24  11.45  9.11  1.2 Scanner  7.53  7.04  7.47  7.03  13.34  6.89  9.82  7.18  1.3 Scanner  8.77  7.73  8.57  7.58  12.60  8.83  10.77  8.22  1.1 Emerald  8.66  8.77  10.75  10.24  13.43  9.14  11.40  9.12  1.2 Emerald  7.48  7.23  7.74  7.02  14.87  6.68  9.85  7.45  1.3 Emerald  8.92  7.78  8.56  7.60  13.02  9.12  10.74  8.23  1.1 Trios  8.54  8.88  10.71  10.06  13.53  9.11  11.36  9.12  1.2 Trios  7.32  7.24  7.57  7.02  14.96  6.59  9.69  7.41  1.3 Trios  8.88  7.85  8.53  7.59  13.02  8.99  10.93  8.13  1.1 Photogrammetry  8.65  8.75  10.51  8.87  13.55  9.29  11.33  9.12  1.2 Photogrammetry  7.17  7.17  7.78  7.14  13.93  6.75  9.25  7.65  1.3 Photogrammetry  8.85  7.90  8.94  7.41  12.22  8.71  10.65  8.06  1.1 DSS  8.77  8.61  10.77  9.83  13.52  9.07  11.08  9.22  1.2 DSS  7.49  5.68  7.69  5.95  14.19  5.87  9.48  6.37  1.3 DSS  8.81    8.72    12.81    10.80    Table 3. Exocad measurements (H=height; W=Width)..  Intraoral Scanners    PZ09  PZ10  PZ11  PZ12  Dental Size  H  W  H  W  H  W  H  W  1.1 Scanner  10.75  8.87  9.15  8.72  10.61  8.15  9.02  8.05  1.2 Scanner  9.35  7.08  6.69  6.45  9.10  7.18  8.15  6.27  1.3 Scanner  10.34  8.70  10.35  7.69  10.02  7.87  9.18  8.09  1.1 Emerald  10.93  9.22  9.09  8.92  10.57  8.13  9.14  8.09  1.2 Emerald  9.20  7.05  6.72  6.70  9.09  7.52  8.12  6.40  1.3 Emerald  10.17  8.64  10.43  7.54  9.92  7.56  8.97  7.97  1.1 Trios  10.66  9.20  9.06  8.85  10.65  8.21  9.05  7.95  1.2 Trios  9.20  7.14  6.57  6.68  9.15  9.50  8.22  6.35  1.3 Trios  10.10  8.78  10.41  7.67  9.95  7.64  9.20  8.03  1.1 photogrammetry  10.37  9.24  9.19  8.93  10.02  7.93  9.25  8.23  1.2 photogrammetry  9.25  7.21  6.49  6.83  8.79  7.04  8.11  6.73  1.3 photogrammetry  10.04  8.87  10.58  8.22  9.91  7.44  9.43  7.86  1.1 DSS  10.74  8.89  8.61  9.15  10.26  8.23  8.33  7.98  1.2 DSS  8.72  6.04  6.17  6.03  8.68  5.75  7.64  5.58  1.3 DSS  9.74    10.20    9.69    8.82    Table 4. Statistical analysis results. Results of the paired T‐test with comparison of the values in pairs  for each dental element  (for example between dental heights of  the scanned plaster models and  dental heights of the intraoral scan with TRIOS relative to element 1.1). For each comparison between  reference values and all other values, the p value is shown (H=height; W=Width).  Intraoral Scanners    1.1  1.2  1.3    Mean ± SD and p  Mean ± SD and p  Mean ± SD and p    H  W  H  W  H  W  Scanner  9.80 ± 1.76  8.28 ± 0.98  8.27 ± 1.96  6.45 ± 0.99  9.69 ± 1.24  7.92 ± 0.47  Emerald  9.80 ± 1.71  8.51 ± 1.02  8.29 ± 2.39  6.58 ± 0.99  9.64 ± 1.37  7.89 ± 0.55  p = 0.9991  p = 0.5800  p = 0.9823  p = 0.7501  p = 0.9261  p = 0.8987  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  8  of 15  Trios  9.74 ± 1.76  8.47 ± 1.07  8.29 ± 2.40  6.68 ± 1.35  9.67 ± 1.36  7.94 ± 0.52  p = 0.9324  p = 0.6623  p = 0.9802  p = 0.6390  p = 0.9654  p = 0.9348  Photogrammetry  9.70 ± 1.73  8.35 ± 1.06  8.18 ± 2.09  6.62 ± 1.05  9.65 ± 1.15  7.93 ± 0.48  p = 0.8852  p = 0.8636  p = 0.9128  p = 0.6844  p = 0.9341  p = 0.9625  DSS  9.58 ± 1.83  8.37 ± 1.13  8.06 ± 2.20  5.59 ± 0.77  9.47 ± 1.37    p = 0.7526  p = 0.8308  p = 0.8044  p = 0.0254  p = 0.6790    3.2. Statistical Evaluation  Regarding the height, the difference between the groups is not statistically significant with a p  value > 0.05;  in particular, both  the Trios and  the Planmeca and  the photogrammetry are more  precise  than  the DSS. Only  in one case was a p value < 0.05, or  in  the comparison between  the  average of the reference widths for the element 1.2 and the average of the widths measured for the  same element on digital photography with the DSS protocol.  It  is  clear  that  the  difference  between  the  reference  values  and  those  obtained  from  a  2D  photograph of the face is not due to chance (there is only a 2.5% probability that it is), but it is instead  due  to  distortion  of  the  mesio‐distal  dimensions  of  the  dental  elements  caused  by  the  two‐dimensional nature of a digital photograph. This mesio‐distal distortion increases progressively  moving from the central incisors to the posterior sectors. Table 1 shows that the difference between  the  groups  (corresponding  to  the  different  methods  of  data  acquisition)  relative  to  H  is  not  statistically significant with a p value > 0.05; in particular, the Trios and Planmeca are precise than  both photogrammetry and DSS (Table 4).  No substantial differences emerged comparing the reference values with those obtained from  the measurements conducted on intraoral scans, demonstrating how the accuracy achieved today by  intraoral scanners is high.  The comparison of the photogrammetric technique and the DSS system underlines superior  results in the precision of the first one, although it is reported as not statistically significant measure.    4. Discussion  Anamnesis and physical examination conventionally  represent  the  preliminary  phases of a  dental  treatment. Those steps are supported by physical  impressions  for  the  registration of  the  dental arches. The evaluation of the plaster models obtained from the impressions and the analysis  of two‐dimensional x‐ray images provided complete first information of the patient’s status.  Currently, the awareness and aesthetic expectations of patients are increasing. Ror this reason,  the  digital  aesthetic  previsualization  becomes  a  tangible  expression,  although  virtually,  of  everything  that  the  clinician  could  achieve,  thereby  legitimizing  the  patient’s  requests  and  expectations [11–18].  However, it should be ensured that the pre‐visualization of the treatment through the use of the  virtual patient is reliable, i.e., that it allows the design of restorations dimensionally appropriate to  the  anatomy  of  the  real  patient.  In  order  to  verify  this  concept,  it  is  necessary  to  evaluate  the  reliability of the virtual patient, defined as a set of supposable digital data on the basis of which  digital treatment planning is carried out by developing the so‐called virtual project.  The  accuracy  of  the  virtual  patient’s  data  depends  on  the  virtual  rehabilitation  project  effectiveness (prosthetic, orthodontic, surgical). Ultimately, assessing the reliability of the virtual  patient means testing the accuracy of the technological devices that allow it to be created and then  represented on the computers screen.  Therefore, in this study, the accuracy of those systems applied to dental field that are currently  available today for the virtual patient processing (excluding the 3D radiological techniques), were  evaluated: intraoral scanners, digital photographs acquired according to a predictable protocol and  repeatable  as  the  DSS  system  and  the  most  innovative  tool  proposed  and  studied  here,  a  photogrammetric detector of the patient’s face in 3D, sometimes improperly referred as a scanner,  given that it does not emit any type of laser or structured light [18–24].  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  9  of 15  The parameter used to compare the acquisitions obtained with these instruments was identified  in the plaster models of the maxillary dental arches of the recruited patients. It has been produced by  starting from physical silicone impressions that today are still considered the gold standard for an  accurate recording of the dental arch morphology and for each dental element shape and size.  The study showed how the three‐dimensional techniques for detecting the patient’s dental and  facial  features  are  accurate,  namely  the  digital  photography  of  the  DSS  protocol,  although  the  statistical analysis did not report statistically significant differences.  The obviousness of this result could be disputed, especially with reference to the superiority of  the photogrammetric technique compared to the 2D photography of the DSS for the analysis, not  only of the dental dimensions, but also of the patient’s facial features.  The  DSS  photographic  protocol  requires  less  sophisticated  equipment,  is  economically  inexpensive and is normally is presented in the common dental practices. Quite different, on the  other hand, are the characteristics of the photogrammetric device, the FaceShape Maxi 6 in the Maxi  Line version [24–28].  Within the future hope of providing clinicians with an innovative approach in the diagnostic  phase through a daily practice tool, such as a reflex and a tripod, it seemed useful to compare the  accuracy of  the  two protocols—also by virtue of  the repeatability and predictability of  the DSS  protocol, already found in the recent literature [26–28].  Mangano et al.  [33]  in  their studies, demonstrated how different scanners show significant  differences on trueness and precision between them. In another study, the combination of intraoral  and  face scans allowed  to successfully restore  fully edentulous patients with maxillary  implant  supported overdentures. Furthermore, their group of study showed how due to excellent optical  properties,  high  mechanical  resistance,  restorative  versatility,  and  different  manufacturing  techniques, lithium disilicate could be considered to date one of the most promising dental materials  in digital dentistry. The current scanners are sufficiently accurate  for capturing  impressions  for  fabricating a whole series of prosthetic restorations (inlays/onlays, copings and frameworks, single  crowns, and fixed partial dentures) on both natural teeth and implants; in addition, they could be  used for smile design, and to fabricate posts and cores, removable partial prostheses and obturators.  [29–36].  As for the observations related to the 2D/3D comparison, perhaps  it would be necessary to  emphasize that 2D and 3D measurements could coincide only if the 2D photos are taken with the  plane of the photographic sensor perfectly perpendicular to the observed subject, and if the surface  of the observed subject is perfectly flat. The differences instead increase if the observed surface is  inclined with angles differing more and more from the 90° and how much more the shape of the  same surface differs from the plane and results of the cylindrical, conical or freeform type. For this  reason, if the differences on angular measurements were also examined, these could also be higher.  What instead should be emphasized in favor of 2D analyses is the quick speed and simplicity  compared to all the 3D procedures. These study results can define, within the limitation related to  the high differences between the 2D and 3D techniques, the field of application and the limits related  to 2D techniques, offering a spot for the use of the technique in dentistry.  A  final  observation  on  the  application  of  the  photogrammetric  scanner  Faceshape  is  the  possibility of obtaining the 3D scan of the entire face in 1/100th of a second, but it is not designed to  scan teeth. A photogrammetric scanner for dental arches only would have a much smaller shooting  field size and greater accuracy. Despite these considerations, the photogrammetric facial scanner has  however  provided  excellent  results  for  the  measurement  of  individual  teeth,  showing  great  versatility of use.  Certainly, there is a superiority of photogrammetry compared to digital photography, however  from the comparison between the reference values and the ones calculated on the 2D photographs, a  statistically  significant  coherence  is  evident  for  all  linear  distances  evaluated,  except  for  the  mesio‐width distal of the upper lateral incisor for the reasons documented in the results section.  Such a reduction in the accuracy of the two‐dimensional DSS systematic in faithfully reproducing  the mesio‐distal dimensions of the dental elements of the latero‐posterior sectors, which could be  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  10  of 15  overcome  however  through  a  matching  between  digital  photographs  and  intraoral  scans,  a  supported  operation  foreseen  by  the  DSS  software,  is  compensated  by  its  wide  application  practicality compared to the photogrammetric technique [37–43].  5. Conclusion    The results as already seen during the manuscript and the previous paragraphs do not show  significant differences, however the reduced number of patients could influence these data. Within  the limitation of the present study related to the short number of the involved patients and mainly  connected to the difficulty on comparing 2D with 3D investigations, this study could be considered a  starting  point  to  carry  out  other  researches  and  to  definitively evaluate  if  there  are  differences  between scanners and which are better, depending on the therapeutic planning.  Author  Contributions:  conceptualization,  L.L.;  methodology,  software,  validation,  formal  analysis,  investigation, resources, data curation, writing—original draft preparation, G.T.; writing—review and editing,  G.D.L. and M.O.; visualization, L.G.; supervision, L.L. and G.C.; Project administration, L.F. and M.C.  Funding: This research received no external funding.  Acknowledgements: The authors want to thank Alan Herford Loma at Linda University for his kind revision of  the whole paper.  Conflicts of Interest: The authors declare no conflict of interest.  Appendix A    Figure  A1.  Stone  model  scan  evaluated  distance.  The  sample  has  been  chosen  because  of  its  reproducibility and low humidity, and the scan has been used as reference parameters.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  11  of 15    Figure  A2.  Planmeca  Emerald®  Scan,  distance  measure  were  obtained  and  compared  to  stone  model.    Figure A3. Trios 3Shape scan, measurements of obtained .stl file with this scanner were compared to  the stone model.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  12  of 15    Figure A4. Photogrammetric exam, the device used for the photogrammetry of the face is the Face  Shape Maxi 6 (Polishape 3D, Bari, Italy), in the Maxi Line version composed of six Canon D2000  reflex cameras equipped with Canon 50 mm f/1.8 STM lenses.    Figure  A5.  Digital  Smile  System  Exam.  Conducted  with  a  Canon  5d  mark  III  full  frame  reflex  equipped with Canon EF 100mm f/2.8 L Macro IS USM optics and supported by a tripod (Manfrotto,  Vicenza, Italy) placed at a distance of 1.50 m from the face of the patients.  References  1. Yilmaz, B.; Abou‐Ayash, S. A digital intraoral implant scan technique using a combined healing abutment  and scan body system. J. Prosthet. Dent. 2019, doi:10.1016/j.prosdent.2019.01.016.  2. Sailer, I.; Muhlemann, S.; Fehmer, V.; Hammerle, C.H.F.; Benic, G.I. Randomized controlled clinical trial  of digital and conventional workflows for the fabrication of zirconia‐ceramic fixed partial dentures. Part I:  Time efficiency of complete‐arch digital scans versus conventional  impressions. J. Prosthet. Dent. 2019,  121, 69–75, doi:10.1016/j.prosdent.2018.04.021.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  13  of 15  3. Runkel,  C.;  Guth,  J.F.;  Erdelt,  K.;  Keul,  C.  Digital  impressions  in  dentistry‐accuracy  of  impression  digitalisation by desktop scanners. Clin. Oral Investig. 2019, doi:10.1007/s00784‐019‐02995‐w.  4. De Stefano, R.; Bruno, A.; Muscatello, M.; Cedro, C.; Cervino, G.; Fiorillo, L. Fear and anxiety managing  methods during dental treatments: Systematic review of recent data. Minerva Stomatol. 2019, 68.  5.  De Stefano, R. Psychological factors in dental patient care: Odontophobia. Medicina 2019, 55, 678.  6.  Patel, J.; Winters, J.; Walters, M. Intraoral digital impression technique for a neonate with bilateral cleft lip  and palate. Cleft Palate‐Craniofacial J. 2019, 56, 1120–1123, doi:10.1177/1055665619835082.  7.  Pagano, S.; Moretti, M.; Marsili, R.; Ricci, A.; Barraco, G.; Cianetti, S. Evaluation of the accuracy of four  digital  methods  by  linear  and  volumetric  analysis  of  dental  impressions.  Materials  2019,  12,  1958,  doi:10.3390/ma12121958.  8.  Molinero‐Mourelle, P.; Lam, W.; Cascos‐Sanchez, R.; Azevedo, L.; Gomez‐Polo, M. Photogrammetric and  intraoral digital  impression  technique  for  the rehabilitation of multiple unfavorably positioned dental  implants—A clinical report. J. Oral Implantol. 2019, doi:10.1563/aaid‐joi‐D‐19‐00140.  9. Mangano, F.; Mangano, C.; Margiani, B.; Admakin, O. Combining intraoral and face scans for the design  and  fabrication  of  computer‐assisted  design/computer‐assisted  manufacturing  (cad/cam)  polyether‐ether‐ketone  (peek)  implant‐supported  bars  for  maxillary  overdentures.  Scanning  2019,  doi:10.1155/2019/4274715.  10. Kihara, H.; Hatakeyama, W.; Komine, F.; Takafuji, K.; Takahashi, T.; Yokota,  J.; Oriso, K.; Kondo, H.  Accuracy and practicality of intraoral scanner in dentistry: A literature review. J. Prosthodont. Res. 2019,  doi:10.1016/j.jpor.2019.07.010.  11. Cicciù,  M.;  Cervino,  G.;  Milone,  D.;  Risitano,  G.  FEM  analysis  of  dental  implant‐abutment  interface  overdenture  components  and  parametric  evaluation  of  Equator®  and  Locator®  prosthodontics  attachments. Materials 2019, 12, 592, doi:10.3390/ma12040592.  12. Cervino, G.; Fiorillo, L.; Arzukanyan, A.V.; Spagnuolo, G.; Cicciù, M. Dental restorative digital workflow:  Digital smile design from aesthetic to function. Dent. J. 2019, 7, 30, doi:10.3390/dj7020030.  13. Cappare, P.; Sannino, G.; Minoli, M.; Montemezzi, P.; Ferrini, F. Conventional versus digital impressions  for full arch screw‐retained maxillary rehabilitations: A randomized clinical trial. Int J. Environ. Res. Public  Health 2019, 16, doi:10.3390/ijerph16050829.  14. Cervino,  G.;  Fiorillo,  L.;  Herford,  A.S.;  Laino,  L.;  Troiano,  G.;  Amoroso,  G.;  Crimi,  S.;  Matarese,  M.;  D’Amico, C.; Nastro Siniscalchi, E.; et al. Alginate Materials and Dental Impression Technique: A Current  State of the Art and Application to Dental Practice. Mar. Drugs 2018, 17, doi:10.3390/md17010018.  15. Zitzmann, N.U.; Kovaltschuk, I.; Lenherr, P.; Dedem, P.; Joda, T. Dental students’ perceptions of digital  and  conventional  impression  techniques:  A  randomized  controlled  Trial.  J.  Dent.  Educ.  2017,  81,  1227–1232, doi:10.21815/jde.017.081.  16. Cicciù, M.; Herford, A.S.; Cervino, G.; Troiano, G.; Lauritano, F.; Laino, L. Tissue fluorescence imaging  (VELscope) for quick non‐invasive diagnosis in oral pathology. J. Craniofacial Surgery 2017, 28, e112–e115,  doi:10.1097/SCS.0000000000003210.  17. Sakornwimon,  N.;  Leevailoj,  C.  Clinical  marginal  fit  of  zirconia  crowns  and  patients’  preferences  for  impression techniques using intraoral digital scanner versus polyvinyl siloxane material. J. Prosthet. Dent.  2017, 118, 386–391, doi:10.1016/j.prosdent.2016.10.019.  18. Rancitelli, D.; Cicciù, M.; Lini, F.; Fumagalli, D.; Frigo, A.C.; Maiorana, C. Reproducibility of a digital  method  to  evaluate  soft  tissue  modifications:  A  study  of  inter  and  intra‐operative  measurement  concordance. Open Dent. J. 2017, 11, 171–180, doi:10.2174/1874210601711010171.  19. Joda, T.; Lenherr, P.; Dedem, P.; Kovaltschuk, I.; Bragger, U.; Zitzmann, N.U. Time efficiency, difficulty,  and  operator’s  preference  comparing  digital  and  conventional  implant  impressions:  A  randomized  controlled trial. Clin. Oral Implant. Res. 2017, 28, 1318–1323, doi:10.1111/clr.12982.  20. Joda, T.; Bragger, U. Patient‐centered outcomes comparing digital and conventional implant impression  procedures:  A  randomized  crossover  trial.  Clin.  Oral  Implant.  Res.  2016,  27,  e185–e189,  doi:10.1111/clr.12600.  21. Gjelvold, B.; Chrcanovic, B.R.; Korduner, E.K.; Collin‐Bagewitz, I.; Kisch, J. Intraoral digital impression  technique compared  to conventional  impression  technique. A randomized clinical  trial.  J. Prosthodont.  2016, 25, 282–287, doi:10.1111/jopr.12410.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  14  of 15  22. Gherlone,  E.;  Cappare,  P.;  Vinci,  R.;  Ferrini,  F.;  Gastaldi,  G.;  Crespi,  R.  Conventional  versus  digital  impressions  for  “all‐on‐four”  restorations.  Int.  J.  Oral  Maxillofac.  Implant.  2016,  31,  324–330,  doi:10.11607/jomi.3900.  23. Yuzbasioglu,  E.;  Kurt,  H.;  Turunc,  R.;  Bilir,  H.  Comparison  of  digital  and  conventional  impression  techniques: Evaluation of patients’ perception,  treatment comfort, effectiveness and clinical outcomes.  BMC Oral Health 2014, 14, 10, doi:10.1186/1472‐6831‐14‐10.  24. Newby, E.E.; Bordas, A.; Kleber, C.; Milleman, J.; Milleman, K.; Keogh, R.; Murphy, S.; Butler, A.; Bosma,  M.L.  Quantification  of  gingival  contour  and  volume  from  digital  impressions  as  a  novel  method  for  assessing gingival health. Int. Dent. J. 2011, 61, 4–12, doi:10.1111/j.1875‐595X.2011.00043.x.  25. Lo Giudice, G.; Cutroneo, G.; Centofanti, A.; Artemisia, A.; Bramanti, E.; Militi, A.; Rizzo, G.; Favaloro,  A.; Irrera, A.; Lo Giudice, R.; et al. Dentin morphology of root canal surface: A quantitative evaluation  based on a scanning electronic microscopy study. BioMed Res. Int. 2015, 2015, doi:10.1155/2015/164065.  26. Cervino,  G.;  Romeo,  U.;  Lauritano,  F.;  Bramanti,  E.;  Fiorillo,  L.;  D’Amico,  C.;  Milone,  D.;  Laino,  L.;  Campolongo, F.; Rapisarda, S.; et al. Fem and von mises analysis of OSSTEM ® dental implant structural  components:  evaluation  of  different  direction  dynamic  loads.  Open  Dent.  J.  2018,  12,  219–229,  doi:10.2174/1874210601812010219.  27. Bramanti,  E.;  Matacena,  G.;  Cecchetti,  F.;  Arcuri,  C.;  Cicciù,  M.  Oral  health‐related  quality  of  life  in  partially  edentulous  patients  before  and  after  implant  therapy:  A  2‐year  longitudinal  study. ORAL  Implantol. 2013, 6, 37–42.  28. Fiorillo, L.; Cervino, G.; Herford, A.S.; Lauritano, F.; D’Amico, C.; Lo Giudice, R.; Laino, L.; Troiano, G.;  Crimi, S.; Cicciù, M. Interferon Crevicular Fluid Profile and Correlation with Periodontal Disease and  Wound Healing: A Systemic Review of Recent Data. Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 1908.  29. Cattoni,  F.;  Teté,  G.;  Calloni,  AM.;  Manazza,  F.;  Gastaldi,  G.;  Capparè,  P.  Milled  versus  moulded  mock‐ups based on the superimposition of 3D meshes from digital oral impressions: A comparative in  vitro study in the aesthetic area. BMC Oral Health 2019, 19, 230, doi:10.1186/s12903‐019‐0922‐2.  30. Mendes, T.A.; Marques, D.; Lopes, L.P.; Carames, J. Total digital workflow in the fabrication of a partial  removable  dental  prostheses:  A  case  report.  SAGE  Open  Med.  Case  Rep.  2019,  7,  2050313x19871131,  doi:10.1177/2050313x19871131.  31. Spielau,  T.;  Hauschild,  U.;  Katsoulis,  J.  Computer‐assisted,  template‐guided  immediate  implant  placement  and  loading  in  the  mandible:  A  case  report.  BMC  Oral  Health  2019,  19,  55,  doi:10.1186/s12903‐019‐0746‐0.  32. Mangano,  F.G.;  Hauschild,  U.;  Veronesi,  G.;  Imburgia,  M.;  Mangano,  C.;  Admakin,  O.  Trueness  and  precision of 5 intraoral scanners in the impressions of single and multiple implants: A comparative in  vitro study. BMC Oral Health 2019, 19, 101, doi:10.1186/s12903‐019‐0792‐7.  33. Mangano, C.; Perrotti, V.; Shibli, J.A.; Mangano, F.; Ricci, L.; Piattelli, A.; Iezzi, G. Maxillary sinus grafting  with biphasic calcium phosphate ceramics: Clinical and histologic evaluation in man. Int. J. Oral Maxillofac.  Implant. 2013, 28, 51–56.  34. Mangano, C.; Mangano, F.; Shibli, J.A.; Luongo, G.; De Franco; M.; Briguglio, F.; Figliuzzi, M.; Eccellente,  T.; Rapani, C.; Piombino, M.; MacChi, A. Prospective clinical evaluation of 201 direct laser metal forming  implants: Results from a 1‐year multicenter study. Lasers Med. Sci. 2012, 27, 181–189.  35. Zarone, F.; Ferrari, M.; Mangano, F.G.; Leone, R.; Sorrentino, R. “Digitally Oriented Materials”: Focus on  Lithium Disilicate Ceramics. Int. J. Dent. 2016, 2016, 10. http://dx.doi.org/10.1155/2016/9840594.  36. Giuliani,  A.;  Manescu,  A.;  Larsson,  E.;  Tromba,  G.;  Luongo,  G.;  Piattelli,  A.;  Mangano,  F.;  Iezzi,  G.;  Mangano,  C.  In  vivo  regenerative  properties  of  coralline‐derived  (biocoral)  scaffold  grafts  in  human  maxillary defects: Demonstrative and comparative study with beta‐tricalcium phosphate and biphasic  calcium phosphate by synchrotron radiation X‐Ray microtomography. Clin. Implant Dent. Relat. Res. 2014,  16, 736–750.  37. Cervino, G.; Fiorillo, L.; Iannello, G.; Santonocito, D.; Risitano, G.; Cicciù, M. Sandblasted and acid etched  titanium dental implant surfaces systematic review and confocal microscopy evaluation. Materials 2019,  12, 1763, doi:10.3390/ma12111763.  38. Cervino, G.; Fiorillo, L.; Monte, I.P.; De Stefano, R.; Laino, L.; Crimi, S.; Bianchi, A.; Herford, A.S.; Biondi,  A.; Cicciù, M. Advances in antiplatelet therapy for dentofacial surgery patients: focus on past and present  strategies. Materials 2019, 12, 1524, doi:10.3390/ma12091524.  Int. J. Environ. Res. Public Health 2019, 16, 5139  15  of 15  39. Cervino,  G.;  Fiorillo,  L.;  Arzukanyan,  A.;  Spagnuolo,  G.;  Campagna,  P.;  Cicciù,  M.  Application  of  bioengineering devices for the stress evaluation in dentistry: the last 10 years fem parametric analysis of  outcomes and current trends. Minerva Stomatol. 2019, 29, 565–574.  40. Germano, F.; Bramanti, E.; Arcuri, C.; Cecchetti, F.; Cicciù, M. Atomic force microscopy of bacteria from  periodontal  subgingival  biofilm:  Preliminary  study  results.  Eur.  J.  Dent.  2013,  7,  152–158,  doi:10.4103/1305‐7456.110155.  41. Maiorana,  C.;  Beretta,  M.;  Grossi,  G.B.;  Santoro,  F.;  Herford,  A.S.;  Nagursky,  H.;  Cicciù,  M.  Histomorphometric  evaluation  of  anorganic  bovine  bone  coverage  to  reduce  autogenous  grafts  resorption: Preliminary results. Open Dent. J. 2011, 5, 71–78, doi:10.2174/1874210601105010071.  42. Cicciù, M.; Cervino, G.; Terranova, A.; Risitano, G.; Raffaele, M.; Cucinotta, F.; Santonocito, D.; Fiorillo, L.  Prosthetic and mechanical parameters of the facial bone under the load of different dental implant shapes:  A parametric study. Prostheses 2020, 1, 41–53. 43. Cicciù, M. Prosthesis: new technological opportunities and innovative biomedical devices. Prostheses 2020,  1, 1–2.     © 2019 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access  article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution  (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).